直流电机的控制技术-电动汽车原理与应用技术

由于电动汽车的行驶工况、运行状态经常变化，因此，电机的转矩及转速必须经常调节以满足电动汽车驱动力的需要。直流电机的控制方法有电枢电压调节法、磁场调节法、电枢回路电阻调节法等。

（1）电枢电压调节法

电枢电压调节法是指通过改变电枢电压来控制电机的转速，适用于电机基速（额定转速）以下的调速调节。

以减速为例，其基本调节方式为：降低电枢电压，在电机转速、阻力矩没有来得及变化时，电枢电流必然下降，电枢产生的电磁转矩下降，致使电枢转速下降。随着电枢转速的降低，电枢反电动势减小，电枢电流回升，电枢转矩增大，直到与电机阻力矩一致时，电机才会在比调压前低的转速下稳定运转。

斩波器（PWM）脉宽调制属于一种电枢电压调节法，直流电机通常采用PWM实现调速控制。其调速控制主电路如图3-4所示。

其中VT₁、VT₂为两只绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。当电机处于运行状态时，控制器控制VT₁关断，当VT₂处于低电位时，VT₂导通，电机电枢绕组通电，电枢两端加上电源电压U_b。当VT₂处于高电位时，VT₂截止，电机电枢绕组断电。在一个固定周期内，增加VT₂处于低电位的时间，则可增加电枢绕组的平均电压。

图3-4 PWM调速原理图

当电动汽车制动，需要直流电机实现能量回收时，控制器控制VT₂关断，当VT₁处于低电位时，VT₁导通，这时电机工作在发电状态，电枢所产生的电动势通过VT₁形成感应电流，将汽车的动能转化为磁场能储存于电枢绕组中。当VT₁处于高电位时，VT₁截止，电枢因电流突然消失而产生高于蓄电池电压的自感电动势，并向蓄电池充电，实现制动能量的回馈。(www.xing528.com)

（2）磁场调节法

磁场调节法是通过调节磁极绕组励磁电流，改变磁极磁通量Φ来调节电机的转速。这种方法适用于电机基速以上的转速控制。

以升速为例，调速过程是：减小磁通量，在机械惯性力的作用下，电枢转速还没有来得及下降，而反电动势随着磁通量的减小而下降，电枢电流随之增大，由于电枢电流增加的影响大于磁通量减小的影响，因而电机的电枢电磁转矩T增大。如果这时电机的阻力矩T_L未变，则电枢的转速n便会上升。随着电机转速的上升，电枢的反电动势增大，电枢电流随之减小，直到电磁转矩与阻力矩平衡，电机就在比减小磁通量前高的转速下稳定运转。图3-5所示为从A点到B点的升速调节。

图3-5 改变磁通量、调速的升速特性

（3）电枢回路电阻调节法

电枢回路电阻调节法是在磁极绕组励磁电流不变的情况下，改变电枢回路的电阻，使电枢电流变化来实现电机转速的调节。电枢回路电阻调节法的机械特性差，而且会使电机运行不稳定，加之电枢回路串入电阻消耗了电能，一般很少在电动汽车上采用。